常見(jiàn)的復(fù)合印刷電路板（PCB）大多使用玻璃纖維作為介質(zhì)層的填充物，但由于玻璃纖維的特殊編織結(jié)構(gòu)，PCB板的局部介電常數(shù)（Dk）會(huì)發(fā)生變化。特別是在毫米波（mmWave）頻率下，更薄的層壓板的玻璃編織效果會(huì)更加明顯，Dk的局部不均勻性會(huì)導(dǎo)致射頻（RF）電路和天線(xiàn)的性能發(fā)生顯著變化。使用100μm厚的玻璃編織聚四氟乙烯（PTFE）層壓板研究其PCB結(jié)構(gòu)對(duì)傳輸線(xiàn)性能的影響。根據(jù)不同玻璃編織結(jié)構(gòu)的類(lèi)型，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PCB板的介電常數(shù)在0.01~0.22之間波動(dòng)。 .為了研究不同玻璃編織結(jié)構(gòu)對(duì)天線(xiàn)性能的影響，在羅杰斯的商用層壓板RO4835和RO4830熱固性層壓板制作了串聯(lián)饋電微帶貼片陣列天線(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： RO4830層壓板按法線(xiàn)公差處理后與計(jì)算值更一致，變化更小，具有更好的反射系數(shù)（S11 <-10dB）和視軸增益性能。
自動(dòng)駕駛汽車(chē)是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。它們可以幫助駕駛員和行人避免潛在的致命事故，并且需要高可靠性。因此，它們的組成電路必須具有高可靠性。毫米波（mmWave）雷達(dá)在環(huán)境檢測(cè)中具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，為自動(dòng)駕駛中的目標(biāo)檢測(cè)提供了可靠、準(zhǔn)確的解決方案。在 76 至 81 GHz 頻率的商用毫米波雷達(dá)系統(tǒng)中，串聯(lián)饋電微帶貼片天線(xiàn)因其易于設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)緊湊、大批量、低成本制造而成為首選[1]。頻率越高，波長(zhǎng)越小。因此，與低頻相比，工作在毫米波頻率的傳輸線(xiàn)和天線(xiàn)的尺寸會(huì)更小。為了保證車(chē)載雷達(dá)的理想性能，需要研究PCB對(duì)傳輸線(xiàn)和微帶貼片天線(xiàn)的影響。對(duì)于長(zhǎng)期在室外環(huán)境中工作（受溫度和濕度影響）的毫米波頻率電路，在選擇PCB電路層壓板時(shí)，首先要考慮的是材料性能指標(biāo)的一致性。但是，構(gòu)成層壓板的銅箔、玻璃纖維增強(qiáng)材料、陶瓷填料等材料對(duì)高頻下各項(xiàng)指標(biāo)的一致性影響較大。
大多數(shù)PCB層壓板的介電層通常是通過(guò)在玻璃纖維布上涂覆聚合物樹(shù)脂而形成的。在毫米波頻率下，玻璃纖維布對(duì)材料性能的一致性有非常明顯的影響，因?yàn)椴ＡЮw維束的寬度與傳輸線(xiàn)的寬度相當(dāng)。此外，當(dāng)使用較薄（例如100μm）的PCB電路層壓板設(shè)計(jì)微帶天線(xiàn)時(shí)，玻璃編織布會(huì)導(dǎo)致天線(xiàn)性能發(fā)生顯著變化，降低加工良率。
PCB層壓板通常由玻璃纖維布和聚合物樹(shù)脂結(jié)合形成介電層，然后用銅箔覆蓋兩面制成。玻璃布的典型介電常數(shù)（Dk）比較高，約為6.1，而低損耗聚合物樹(shù)脂的介電常數(shù)在2.1-3.0之間，所以在較小的區(qū)域內(nèi)Dk有一定的差異。指節(jié)交束區(qū)“Knuckle-Bundle”上方的電路由于玻璃纖維含量較大而具有較高的Dk，而束開(kāi)口區(qū)“Bundle-Open”上的電路由于樹(shù)脂含量較大而具有較低的Dk。此外，玻璃織物的特性受玻璃織物的厚度、織物之間的距離、織物的壓平方法、各軸的玻璃含量等多種因素影響。
在用于毫米波應(yīng)用的薄層壓板中，經(jīng)常使用兩種典型的薄玻璃布編織樣式，即1080型和1078型，1080標(biāo)準(zhǔn)編織使用不平衡玻璃布。這種玻璃布的一個(gè)桿身的玻璃含量高于另一桿身的玻璃含量。與1080型機(jī)織物相比，1078型開(kāi)孔玻璃纖維織物具有更均勻的玻璃纖維平面，因此整個(gè)織物上的Dk變化inate 較小。與使用多層玻璃布層壓板相比，單層玻璃布層壓板的Dk值變化更為顯著。此外，帶有陶瓷填料的層壓材料可以減少玻璃布不同編織方法引起的Dk變化。
對(duì)傳輸線(xiàn)電路的影響
本測(cè)試實(shí)驗(yàn)使用帶有 1 mm 端子連接器的微帶傳輸線(xiàn)電路。連接器首先連接到 50 歐姆的接地共面波導(dǎo) (GCPW)，通過(guò)阻抗轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為高阻抗微帶傳輸線(xiàn)。微帶傳輸線(xiàn)長(zhǎng)度為2英寸，保證了實(shí)驗(yàn)電路可以測(cè)試玻璃編織結(jié)構(gòu)的效果。該電路采用玻璃編織聚四氟乙烯 (PTFE) 薄層壓板、壓延銅和單層玻璃布進(jìn)行處理。為了比較不同玻璃編織結(jié)構(gòu)的效果，在三種不同的PCB層壓板結(jié)構(gòu)上分別制作了傳輸線(xiàn)電路： 1080型玻璃布PTFE聚四氟乙烯，1078型玻璃布PTFE聚四氟乙烯陶瓷填充非PTFE乙烯基層壓板，類(lèi)型1080玻璃布。仔細(xì)檢查處理后的電路，篩選合適的傳輸線(xiàn)進(jìn)行測(cè)試，并測(cè)量電路的幅度和相角特性。通過(guò)相位角（展開(kāi)后的相位值）、群延遲（基于隨頻率變化的相位角）和傳播延遲（基于相位角計(jì)算）三個(gè)參數(shù)來(lái)確定層壓板的介電常數(shù)變化。
帶 GCPW 信號(hào)饋送的微帶傳輸線(xiàn)
與“轉(zhuǎn)向節(jié)束區(qū)”和“束開(kāi)區(qū)”對(duì)齊的傳輸線(xiàn)電路的原始群延遲、傳播延遲和相位差。可以看出，Dk 值越高，電磁波的傳播速度越慢，這與群延遲、傳播延遲和相位差的增加相吻合。根據(jù)電路的群延遲、傳播延遲和相位差，計(jì)算出的介電常數(shù)變化。 1078型開(kāi)纖編織層壓板具有均勻的玻璃布分布。因此，與1080型標(biāo)準(zhǔn)編織層壓板（Dk值變化為0.22）相比，Dk值變化較小，僅為0.03。如前所述，陶瓷填充層壓板的Dk變化更小，僅為0.02。
對(duì)天線(xiàn)性能的影響
串聯(lián)饋電微帶貼片天線(xiàn)陣列是毫米波汽車(chē)?yán)走_(dá)中最典型的天線(xiàn)。為了研究玻璃纖維效應(yīng)對(duì)天線(xiàn)性能的影響，設(shè)計(jì)了一種1×4串饋微帶貼片天線(xiàn)，其工作頻率范圍為76-81Ghz[3]。天線(xiàn)由兩種不同的玻璃布層壓材料RO4835和RO4830制成。天線(xiàn)由接地的相鄰元件制成，以研究其耦合效應(yīng)。
RO4835 層壓板在 10GHz 下的介電常數(shù)為 3.48，損耗角正切為 0.0037（基于 IPC TM-650 2.5.5.5 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試）。此外，RO4830層壓板的介電常數(shù)為3.24，損耗角正切為0.0033（基于IPCTM-650 2.5.5.5標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試）。 RO4835層壓板由1080標(biāo)準(zhǔn)編織不平衡玻璃布和陶瓷填料增強(qiáng)材料制成。相比之下，RO4830 層壓板采用 1035 扁平開(kāi)放式玻璃纖維編織物和填充較小顆粒的陶瓷進(jìn)行增強(qiáng)。進(jìn)一步比較了基于 RO4835 和 RO4830 的層壓板的特性。
加工后，選擇符合設(shè)計(jì)尺寸的天線(xiàn)，天線(xiàn)傳輸線(xiàn)與RO4835層壓板的“轉(zhuǎn)向節(jié)交叉區(qū)”和“波束開(kāi)口區(qū)”對(duì)齊。由于RO4830層壓板采用了平面玻璃纖維編織結(jié)構(gòu)，因此無(wú)需考慮RO4830層壓板中導(dǎo)體是否與玻璃織物對(duì)齊，分別測(cè)量處理后天線(xiàn)的反射系數(shù)（S11）和視軸增益。
天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn) RO4835 層壓板上的“轉(zhuǎn)向節(jié)波束區(qū)”和“波束開(kāi)口區(qū)”，以及 RO4830 層壓板上的天線(xiàn)樣品
為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本文給出的結(jié)果均取自多個(gè)被測(cè)天線(xiàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值，并將測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行比較。 RO4835 層壓板上的天線(xiàn)（五個(gè)樣品）的測(cè)試結(jié)果。 “轉(zhuǎn)向節(jié)橫梁區(qū)域”和“光束開(kāi)口區(qū)域”的反射系數(shù)（S11）和視軸增益發(fā)生了顯著變化。 RO4835 的天線(xiàn)性能取決于e 將電線(xiàn)與“轉(zhuǎn)向節(jié)交叉區(qū)域”和“光束開(kāi)口區(qū)域”對(duì)齊。此外，天線(xiàn)增益也隨頻率變化，說(shuō)明介電常數(shù)也在變化。此外，高頻方向的偏移表明介電常數(shù)較低。
RO4835層壓板的“轉(zhuǎn)向節(jié)橫梁面積（KB）”和“波束開(kāi)口面積（BO）”天線(xiàn)樣品的測(cè)量結(jié)果和仿真結(jié)果對(duì)比
比較RO4830層壓板天線(xiàn)的性能，測(cè)試的天線(xiàn)性能與RO4830層壓板的模擬值非常一致，更加匹配。測(cè)量結(jié)果與模擬結(jié)果一致表明，層壓板的介電常數(shù)變化最小。比較這兩個(gè)結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)編織 RO4835 層壓材料的視軸增益最大變化為 4 dB，而扁平開(kāi)纖編織 RO4830 層壓材料的最大變化僅為 2 dB。通過(guò)如此簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，可以得出，采用羅杰斯RO4830層壓板，采用扁平開(kāi)放式玻璃纖維編織結(jié)構(gòu)，可以獲得更一致的反射系數(shù)和視軸增益等天線(xiàn)性能。
綜上所述
PCB線(xiàn)路板的結(jié)構(gòu)會(huì)影響傳輸線(xiàn)和天線(xiàn)的性能。玻璃布的施工方法也會(huì)改變層壓板上的介電常數(shù)，從而降低產(chǎn)品的性能，影響產(chǎn)品的良率。與RO4835層壓板相比，RO4830層壓板加工的天線(xiàn)在指標(biāo)性能上具有更好的一致性。天線(xiàn)性能和加工良率的提高主要?dú)w功于層壓材料的結(jié)構(gòu)，即：扁平玻璃纖維編織、較少的玻璃含量（導(dǎo)體遠(yuǎn)離玻璃纖維）、更厚的基板等。天線(xiàn)性能的提高是還與材料的電氣性能有關(guān)，例如 RO4830 層壓板，其具有較低的介電常數(shù)和較低的損耗角正切值。因此，在較小波長(zhǎng)毫米波頻率雷達(dá)的應(yīng)用中，羅杰斯RO4830層壓板加工的天線(xiàn)的性能和一致性要優(yōu)于RO4835層壓板加工的天線(xiàn)。